“植物細(xì)胞工程”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與探索

鄧祥宜，李 琳，周雪婷，李繼偉

（武漢設(shè)計(jì)工程學(xué)院 食品與生物科技學(xué)院，湖北武漢 430205）

“植物細(xì)胞工程”是生物工程專業(yè)的核心課程，該課程以植物細(xì)胞為研究對(duì)象，通過生物學(xué)原理和工程手段，按照人們的意愿對(duì)細(xì)胞進(jìn)行定向改造或生產(chǎn)細(xì)胞產(chǎn)品的一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，在生物醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、食品、生物資源環(huán)保、新物種構(gòu)建等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用[1-2]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是植物細(xì)胞工程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，相比略顯枯燥的理論課，大多數(shù)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課充滿期待。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容是固定的、單一的，學(xué)生只能按照既定模式進(jìn)行操作，喪失了探索的可能，也從一定程度上影響了學(xué)習(xí)的積極性。另外，細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)的無菌操作要求高，污染會(huì)導(dǎo)致徹底的失敗。怎樣保證實(shí)驗(yàn)的成功率，怎樣使實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果更好，怎樣使每位學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中始終保持著較濃厚的學(xué)習(xí)興趣，怎樣使學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力得到加強(qiáng)？已成為“植物細(xì)胞工程”教學(xué)過程中必須思考和探索的問題。

1 傳統(tǒng)“植物細(xì)胞工程”實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的不足

改革前，學(xué)校生物工程專業(yè)“植物細(xì)胞工程”課程共48學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括MS培養(yǎng)基的配置、胡蘿卜愈傷組織的誘導(dǎo)、繼代或分化，實(shí)驗(yàn)所用培養(yǎng)基及激素成分是固定的，屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。教學(xué)中，超凈工作臺(tái)數(shù)量有限，學(xué)生需輪流操作。在教師做演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于學(xué)生站位角度問題，不少學(xué)生難以領(lǐng)會(huì)操作要領(lǐng)，不能很好地掌握組培的無菌操作技術(shù)，加之使用的胡蘿卜可能帶有內(nèi)生菌，因而整個(gè)實(shí)驗(yàn)的污染率較高。

在傳統(tǒng)的“植物細(xì)胞工程”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生只是完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)的部分步驟：在培養(yǎng)基配制與滅菌實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)教學(xué)中，通常情況是實(shí)驗(yàn)教師提前準(zhǔn)備好各種母液，上課時(shí)學(xué)生按照教師提供的配方集中進(jìn)行培養(yǎng)基的配制；培養(yǎng)基滅菌結(jié)束后，超凈工作臺(tái)中物品的擺放通常由每個(gè)小組的個(gè)別學(xué)生和教師一起完成；接種完成后，材料放入組培室的過程也是由小組部分學(xué)生完成，很多學(xué)生不知道材料培養(yǎng)的具體環(huán)境條件。這種走流程輕過程、重接受輕參與的做法，導(dǎo)致很多學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)整個(gè)流程的了解比較模糊，特別是實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)不注意，最終影響到實(shí)驗(yàn)效果，不利于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

“植物細(xì)胞工程”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容雖然具有一定的連續(xù)性，但也是分小實(shí)驗(yàn)完成的，傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，學(xué)生做完一次實(shí)驗(yàn)，提交一次實(shí)驗(yàn)報(bào)告，書寫格式為實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、方法步驟、結(jié)果與分析，大部分報(bào)告內(nèi)容在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上都有，學(xué)生之間所能體現(xiàn)不同的僅有“結(jié)果與分析”，導(dǎo)致學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的過程中不思考，只流于形式，甚至個(gè)別學(xué)生出現(xiàn)了抄襲的現(xiàn)象。

2 應(yīng)對(duì)方法和措施

基于上述情況，筆者在10余年的教學(xué)過程中不斷思考、不斷探索，以提高“植物細(xì)胞工程”實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。

2.1 教學(xué)內(nèi)容“開放化、多樣化”

在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生對(duì)植物組織培養(yǎng)非常感興趣，經(jīng)常咨詢不同材料的組培問題，為了充分調(diào)動(dòng)積極性，教師將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容“開放化、多樣化”，在實(shí)驗(yàn)開課前1個(gè)月，把實(shí)驗(yàn)課的形式及要求告知學(xué)生，并鼓勵(lì)大家選擇感興趣的材料，自由分組，查閱資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過組內(nèi)充分討論后，跟指導(dǎo)教師一起敲定實(shí)驗(yàn)方案。到目前為止，經(jīng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容有月季芽的無菌培養(yǎng)及生根培養(yǎng)、多肉植物愈傷組織的誘導(dǎo)及繼代、銀杏葉片愈傷組織的誘導(dǎo)及繼代、胡蘿卜愈傷組織的誘導(dǎo)及懸浮細(xì)胞系的建立、不同類型的培養(yǎng)基對(duì)胡蘿卜愈傷組織誘導(dǎo)及分化的影響等。

對(duì)于未進(jìn)行自主選材的學(xué)生，可以研究激素種類、濃度及配比對(duì)胡蘿卜愈傷組織誘導(dǎo)及分化的影響。在胡蘿卜愈傷組織誘導(dǎo)及分化的過程中，激素起著至關(guān)重要的作用，特別是兩類激素：生長素和細(xì)胞分裂素，為了讓學(xué)生更好地理解這2種激素在組織培養(yǎng)中的作用，設(shè)計(jì)了不同的激素濃度梯度和配比，要求不同小組按照不同激素濃度配置培養(yǎng)基，培養(yǎng)結(jié)束后將所有梯度進(jìn)行橫向比較，這樣就證明了激素對(duì)生長效果的影響。盡管這種設(shè)計(jì)是相對(duì)固定的，但“哪個(gè)梯度更好”的疑問常常使得學(xué)生們更有興趣去完成該實(shí)驗(yàn)。

2.2 將微課思想引入到實(shí)驗(yàn)課堂

植物細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)成功率的保證主要包括2個(gè)方面，一方面是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理與否，另一方面是實(shí)驗(yàn)過程中的無菌操作是否過關(guān)。很多學(xué)生實(shí)驗(yàn)污染率高的主要原因就是無菌操作不過關(guān)，針對(duì)這種情況，在課前錄制了無菌操作的示范視頻，提前發(fā)放給學(xué)生觀看，再統(tǒng)一在課前強(qiáng)調(diào)操作的關(guān)鍵點(diǎn)，這樣可以保證每位學(xué)生都清晰地看到教師的演示，清楚地了解無菌操作的注意點(diǎn)，從而保證實(shí)驗(yàn)的成功率。

除了無菌操作演示實(shí)驗(yàn)視頻外，教師還錄制了超凈工作臺(tái)的擺放規(guī)則視頻，培養(yǎng)物的培養(yǎng)環(huán)境條件控制視頻等，幫助學(xué)生更清晰地了解實(shí)驗(yàn)的整個(gè)流程。

2.3 實(shí)驗(yàn)報(bào)告“論文化”

將傳統(tǒng)的分次完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告改成讓學(xué)生撰寫一篇實(shí)驗(yàn)論文，包括題目、摘要、關(guān)鍵詞、前言、實(shí)驗(yàn)材料和方法、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析、小結(jié)等部分，這樣一方面可以讓學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)的整個(gè)流程，另一方面可以促使學(xué)生更深入理解和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)也可以讓學(xué)生的科技論文寫作能力得到初步鍛煉。

2.4 課外延伸

對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生，教師鼓勵(lì)他們?cè)谡n程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過申報(bào)大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目、參加綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目等方式，更深入地推進(jìn)實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力。比如，做銀杏葉片愈傷組織誘導(dǎo)和繼代的實(shí)驗(yàn)小組，申請(qǐng)了國家級(jí)大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目“銀杏組織培養(yǎng)法生產(chǎn)活性黃酮的初步研究”，課題組學(xué)生依托該項(xiàng)目發(fā)表了北大核心及以上論文3篇[3-5]，完成了1篇省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文，項(xiàng)目組學(xué)生參加了第三屆湖北省生物實(shí)驗(yàn)技能競賽，獲得了綜合賽三等獎(jiǎng)。

3 結(jié)語

在“植物細(xì)胞工程”實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)過程中，給學(xué)生提供自主選材、自主設(shè)計(jì)并開展相關(guān)研究的機(jī)會(huì)和條件；通過引入微視頻，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)，提高了實(shí)驗(yàn)成功率；通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告“論文化”鍛煉了學(xué)生的科技論文寫作能力；鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生通過大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目更深入地推進(jìn)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力[6]。